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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug durch Bereitstellen eines Sensorgehäuses, einer Membran zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen, wie auch eines Entkopplungselements, welches zur schwingungstechnischen Entkopplung der Membran von dem Sensorgehäuse zwischen dem Sensorgehäuse und der Membran angeordnet wird. Die Erfindung betrifft außerdem einen Ultraschallsensor, wie auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Sensor.
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Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge sind bereits Stand der Technik. Sie sind üblicherweise Bestandteil einer so genannten Einparkhilfe, welche zum Unterstützen des Fahrers beim Durchführen von Manövern mit dem Kraftfahrzeug dient, nämlich insbesondere beim Einparken in eine Parklücke bzw. beim Ausparken aus der Parklücke. In der Regel werden eine Vielzahl von solchen Ultraschallsensoren verwendet, die an dem vorderen bzw. an dem hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs in Fahrzeugquerrichtung verteilt angeordnet sind.
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Ein Ultraschallsensor dient zum Messen des Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug einerseits und einem in seiner Umgebung befindlichen Hindernis andererseits. Zu diesem Zwecke wird ein Ultraschallsignal mithilfe einer Membran ausgesendet, welche hierzu mittels eines Piezoelements zu einer mechanischen Schwingung angeregt wird. Das ausgesendete Ultraschallsignal reflektiert dann an dem Hindernis und gelangt dann als Echo wieder zum Ultraschallsensor. Das Echo regt die Membran noch einmal zu einer mechanischen Schwingung an, wodurch auch eine elektrische Spannung an dem Piezoelement induziert und mittels einer elektronischen Steuereinrichtung abgegriffen wird. Der Abstand wird dann in Abhängigkeit von der Laufzeit des Ultraschallsignals bestimmt.
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Nun richtet sich das Interesse auf das Herstellen eines Ultraschallsensors bzw. auf die Ausgestaltung des Ultraschallsensors. Zur schwingungstechnischen Entkopplung der Membran von dem Sensorgehäuse wird üblicherweise ein so genanntes Entkopplungselement eingesetzt, welches beispielsweise aus einem weichelastischen Material gebildet ist. Dieses Entkopplungselement hat dann die Aufgabe, das aus Kunststoff gebildete Sensorgehäuse von der mechanischen Schwingung der Membran zu entkoppeln. Ein solches Entkopplungselement ist beispielsweise aus dem Dokument
DE 10 2006 028 214 A1 bekannt. Dieses Entkopplungselement ist zwischen der Membran einerseits und dem Sensorgehäuse andererseits angeordnet und hat die Funktion, die Membran im Gehäuse zu halten und die Übertragung der Membranschwingungen auf das Gehäuse zu reduzieren. Das ringförmige Entkopplungselement ist hier über Rastmittel mit dem Sensorgehäuse verbunden.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors der eingangs genannten Gattung ist aus der Druckschrift
DE 101 25 272 A1 bekannt. Zur Herstellung des Entkopplungselements wird dabei ein flüssiges Medium in einen Zwischenraum zwischen der Membran und dem Sensorgehäuse eingespritzt oder eingegossen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Herstellung eines Ultraschallsensors im Vergleich zum Stand der Technik weiterhin vereinfacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch einen Ultraschallsensor sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug werden zunächst folgende Komponenten bereitgestellt: ein Sensorgehäuse, eine Membran sowie ein Entkopplungselement. Das Entkopplungselement wird zwischen dem Sensorgehäuse und der Membran angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Entkopplungselement auf eine innenseitige Fläche des Sensorgehäuses aufgespritzt wird und anschließend die Membran in das Sensorgehäuse eingesetzt wird. Somit ist die Herstellung des Ultraschallsensors besonders einfach, weil sich ein zusätzlicher Montageschritt bei der Montage des Ultraschallsensors erübrigt, nämlich der Schritt der Montage des Entkopplungselements. Dieses Entkopplungselement ist nämlich bereits auf der Innenseite des Sensorgehäuses aufgespritzt, sodass sich die Montage des Ultraschallsensors lediglich im Wesentlichen auf das Einsetzen der Membran und gegebenenfalls auch einer Platine in das Sensorgehäuse beschränkt. Insgesamt müssen auch weniger Einzelteile bereitgestellt und gehandelt werden, und es werden außerdem die Montagetoleranzen auf ein Minimum reduziert.
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Vorzugsweise wird das Sensorgehäuse aus zwei voneinander separaten Gehäuseschalen gebildet. Diese Gehäuseschalen stellen vorzugsweise zwei Gehäusehälften dar, welche insgesamt ein hohles und zylinderförmiges Sensorgehäuse bilden. Die beiden Gehäuseschalen stellen dabei bevorzugt jeweils einen 180°-Sektor des zylindrischen Sensorgehäuses dar. Dies bedeutet, dass das Sensorgehäuse insbesondere entlang einer Trennebene in die beiden Gehäuseschalen unterteilt ist, welche parallel zu einer Längsachse des zylindrischen Sensorgehäuses verläuft.
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Also kann das Sensorgehäuse aus zwei voneinander separaten Gehäuseschalen gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform ist somit auch das Entkopplungselement vorzugsweise aus zwei separaten Teilen gebildet, indem auf die jeweiligen innenseitigen Flächen der beiden Gehäuseschalen jeweils ein Teil des Entkopplungselements aufgespritzt wird. Somit ist die Montage des Ultraschallsensors ohne viel Aufwand möglich. Es reicht nämlich lediglich, dass die Membran zwischen die beiden Gehäuseschalen eingesetzt und dort durch Verbinden der beiden Gehäuseschalen eingeklemmt wird.
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In einer Ausführungsform umfasst das Einsetzen der Membran in das Sensorgehäuse, dass die Membran zunächst in die eine Gehäuseschale eingesetzt wird und anschließend die beiden Gehäuseschalen miteinander verbunden werden, sodass die Membran zwischen den beiden Teilen des Entkopplungselements eingeklemmt wird. Einerseits ist die Montage des Ultraschallsensors somit besonders einfach; andererseits kann somit auch die Membran zwischen den beiden Gehäuseschalen besonders zuverlässig und rutschfest gehalten werden. Insbesondere kann hier vorgesehen sein, dass ein sich in radialer Richtung erstreckender Flansch der Membran unter einem rechten Winkel zur innenseitigen Fläche des Sensorgehäuses in die eine Gehäuseschale eingesetzt und dann von der anderen Seite durch die andere Gehäuseschale verdeckt und somit insgesamt zwischen die beiden Gehäuseschalen geklemmt wird. Ein Schwingungsbereich der Membran kann dabei außerhalb des Sensorgehäuses liegen, nämlich über eine axiale, stirnseitige Öffnung des Sensorgehäuses aus diesem herausragen.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die beiden Gehäuseschalen über Rastmittel miteinander verbunden werden. Einerseits ist die Verbindung der beiden Gehäuseschalen besonders betriebssicher; andererseits kann eine solche Verbindung auch besonders rasch realisiert werden, indem beispielsweise die eine Gehäuseschale gegen die andere Gehäuseschale gedrückt und eine Rastnase in eine korrespondierende Rastöffnung einrastet.
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Es kann vorgesehen sein, dass durch die Verbindung der beiden Gehäuseschalen die Membran zwischen den beiderseitigen Teilen des Entkopplungselements formschlüssig und/oder kraftschlüssig im Sensorgehäuse festgelegt wird. Somit kann ein zuverlässiger und fester Sitz der Membran in dem Sensorgehäuse gewährleistet werden, sodass ein Lösen der Membran von dem Sensorgehäuse verhindert wird.
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Zur Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen den beiden Gehäuseschalen kann zumindest eines der Teile des Entkopplungselements eine entsprechende Dichtung aufweisen. Dies kann beispielsweise so aussehen, dass das eine Teil des Entkopplungselements im Bereich der Verbindungsstelle eine Nut bzw. Aussparung aufweist, in welche ein korrespondierender Dichtungsgrat des anderen Teils des Entkopplungselements beim Verbinden der beiden Gehäuseschalen aufgenommen wird. Durch Verbinden der Gehäuseschalen werden somit die beiden Teile des Entkopplungselements gegeneinander gedrückt, und der Dichtungsgrat gelangt dann in die korrespondierende Aussparung des anderen Teils des Entkopplungselements, wodurch das gesamte Sensorgehäuse nach außen hin abgedichtet wird. Somit ist der gesamte Ultraschallsensor gegen Umwelteinflüsse besonders sicher geschützt.
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Also kann das Entkopplungselement mit einem Haltebereich zum kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Halten der Membran ausgebildet werden. Dieser Haltebereich kann mit einer umlaufenden radialen Nut ausgebildet werden, in welche ein radialer Randbereich der Membran – und insbesondere des oben genannten radialen Flansches – zur Herstellung des Formschlusses und/oder des Kraftschlusses aufgenommen wird. Durch eine derartige umlaufende Nut wird erreicht, dass die Membran in axialer Richtung in dem Sensorgehäuse zuverlässig fixiert ist und außerdem das gesamte Sensorgehäuse an dieser Stelle auch wirkungsvoll nach außen hin abgedichtet ist.
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Das Entkopplungselement kann aber auch einen zweiten Haltebereich aufweisen, welcher zum Halten einer Leiterplatte – mit daran angeordneten elektronischen Elementen – ausgebildet ist. Dieser zweite Haltebereich kann gegenüber dem ersten Haltebereich zum Halten der Membran axial versetzt angeordnet sein, sodass die Leiterplatte in axialer Richtung neben der Membran angeordnet werden kann. Somit wird ein multifunktionelles Entkopplungselement bereitgestellt, welches neben der schwingungstechnischen Entkopplung sowie neben der Funktion des Haltens der Membran auch zusätzlich noch die Funktion der Halterung der Leiterplatte aufweist. Somit ist auch die Leiterplatte in einem zuverlässig abgedichteten Bereich angeordnet, und es kann außerdem die Übertragung der mechanischen Schwingung auf diese Leiterplatte verhindert werden. Die Halterung der Leiterplatte kann so erfolgen, dass diese im Wesentlichen parallel zur Längsachse des zylindrischen Sensorgehäuses angeordnet wird, sodass die Leiterplatte in einer Trennebene zwischen den beiden Gehäuseschalen liegt und einerseits durch die eine Gehäuseschale sowie andererseits durch die andere Gehäuseschale abgedeckt ist.
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Ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Sensorgehäuse, eine Membran sowie ein Entkopplungselement, das zwischen dem Sensorgehäuse und der Membran angeordnet ist. Das Entkopplungselement ist an einer innenseitigen Fläche des Sensorgehäuses als Spritzgussteil angespritzt, und das Sensorgehäuse weist zwei voneinander separate Gehäuseschalen auf, zwischen welchen die Membran eingeklemmt ist.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst einen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es sei betont, dass das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt und die Erfindung somit nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist.
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Es zeigen:
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1 in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Ultraschallsensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 bis 4 in schematischer und perspektivischer Darstellung unterschiedliche Komponenten des Ultraschallsensors gemäß 1; und
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5 bis 7 in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Montageprozess des Ultraschallsensors.
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In 1 ist in schematischer und perspektivischer Darstellung ein Ultraschallsensor 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt. Der Ultraschallsensor 1 hat ein Sensorgehäuse 2, welches im Ausführungsbeispiel aus zwei Gehäuseschalen 3, 4 besteht. In dem Sensorgehäuse 2 ist eine Membran 5 gehalten, welche in dem Sensorgehäuse 2 mithilfe eines Entkopplungselements 6 befestigt ist. Das Entkopplungselement 6 hat auch die Funktion, das Sensorgehäuse 2 schwingungstechnisch von der Membran 5 zu entkoppeln.
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Die beiden Gehäuseschalen 3, 4 sind über Rastmittel 7 miteinander verbunden. Das Sensorgehäuse 2 hat einen Anschlussbereich 8, über welchen der Ultraschallsensor 1 an eine elektronische Steuereinrichtung eines Kraftfahrzeugs elektrisch angeschlossen werden kann. Neben dem Anschlussbereich 8 weist das Sensorgehäuse 2 einen zylindrischen Bereich 9 auf, wobei die beiden Gehäuseschalen 3, 4 im Wesentlichen zwei 180°-Zylindersektoren darstellen. Eine Trennung zwischen den beiden Gehäuseschalen 3, 4 erfolgt also entlang einer Ebene, die parallel zu einer Längsachse 10 des zylindrischen Bereichs 9 des Sensorgehäuses 2 verläuft, wobei diese Längsachse 10 auch in der genannten Trennebene liegen kann. Somit sind die beiden, entlang der Längsachse 10 geteilten Gehäuseschalen 3, 4 quasi Gehäusehälften des Sensorgehäuses 2.
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Wie aus 1 hervorgeht, hat die Membran 5 einen Schwingungsbereich 11, welcher aus dem Sensorgehäuse 2 herausragt. Bezug nehmend nun auf 4 ist die Membran 5 im Wesentlichen zylindrisch und topfartig ausgebildet und hat neben dem Schwingungsbereich 11 außerdem einen von dem Schwingungsbereich 11 radial nach außen hin abstehenden Flansch 12. Einerseits ist die Membran 5 axial stirnseitig offen ausgebildet; andererseits weist die Membran 5 einen scheibenförmigen Membranboden 13 auf (s. 1), welcher eine axiale Stirnseite der Membran 5 darstellt und sich im montierten Zustand des Ultraschallsensors 1 außerhalb des Sensorgehäuses 2 befindet. An der Innenseite des Membranbodens 13 ist ein Piezoelement angeordnet (in den Figuren nicht dargestellt), welches über elektrische Leitungen 14, 15 mit einer Leiterplatte verbunden wird. Über die Leitungen 14, 15 kann das Piezoelement mit elektrischer Spannung beaufschlagt und die Membran 5 somit zur mechanischen Schwingung angeregt werden. An den Leitungen 14, 15 kann auch die induzierte Spannung an dem Piezoelement abgegriffen werden.
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Wie weiterhin aus 1 hervorgeht, ist die Membran 5 über den Flansch 12 zwischen die beiden Gehäuseschalen 3, 4, und genauer gesagt innerhalb des Entkopplungselements 6, geklemmt. Das Entkopplungselement 6 sorgt also neben der schwingungstechnischen Entkopplung auch für eine sichere Befestigung der Membran 5.
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Die beiden Gehäuseschalen 3, 4 des Sensorgehäuses 2 sind in den 2 und 3 näher dargestellt. Das Entkopplungselement 6 wird auf eine innenseitige Fläche des Sensorgehäuses 2 bzw. der jeweiligen Gehäuseschalen 3, 4 aufgespritzt, sodass auch das Entkopplungselement 6 aus zwei Teilen 6a, 6b gebildet wird. Das eine Teil 6a des Entkopplungselements 6 ist somit einstückig mit der zugehörigen, ersten Gehäuseschale 3 ausgebildet bzw. an der innenseitigen Fläche dieser Gehäuseschale 3 gespritzt. Entsprechend ist auch das andere Teil 6b des Entkopplungselements 6 auf der innenseitigen Fläche der zugehörigen zweiten Gehäuseschale 4 gespritzt und somit einstückig mit dieser Gehäuseschale 4 bereitgestellt. Insgesamt erstreckt sich das Entkopplungselement 6 über den überwiegenden Längenbereich des Sensorgehäuses 2, und im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Sensorgehäuses 2. Die Teile 6a, 6b sind also grundsätzlich zwei Hälften des Entkopplungselements 6.
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Wie bereits ausgeführt, werden die beiden Gehäuseschalen 3, 4 über die Rastmittel 7 miteinander verbunden. Diese Rastmittel 7 weisen einerseits Rastelemente bzw. Rastnasen 16 – diese sind an der ersten Gehäuseschale 4 angeordnet – und andererseits korrespondierende Rastaussparungen 17 auf. Werden die beiden Gehäuseschalen 3, 4 gegeneinander gedrückt, so rasten die Rastnasen 16 in die korrespondierenden Rastaussparungen 17 ein, wodurch die beiden Gehäuseschalen 3, 4 miteinander verbunden werden. Das erste Teil 6a des Entkopplungselements 6 gelangt dann in Kontakt mit dem zweiten Teil 6b, wodurch das Sensorgehäuse 2 auch abgedichtet wird. Zu diesem Zwecke ist in dem ersten Teil 6a eine Nut bzw. Vertiefung 18 ausgebildet, in welche ein korrespondierender Dichtungsgrat 19 des zweiten Teils 6b aufgenommen wird.
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Das Entkopplungselement 6 hat stirnseitig einen ersten Haltebereich 20, welcher zum Halten der Membran 5 ausgebildet ist. In diesem Haltebereich 20 ist eine umlaufende Nut 21 ausgebildet, in welche ein Randbereich des Flansches 12 der Membran 5 aufgenommen werden kann. Die Befestigung erfolgt derart, dass der Flansch 12 zunächst in die eine Hälfte der Nut 21 des ersten Teils 6a eingesetzt wird und anschließend dann die zweite Gehäuseschale 4 aufgesetzt wird, sodass der restliche Bereich des Flansches 12 in die andere Hälfte der Nut 21 des zweiten Teils 6b gelangt.
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An den ersten Haltebereich 20 schließt sich in axialer Richtung ein zweiter Haltebereich 22 an, welche zum Halten einer Leiterplatte mit daran angeordneten elektronischen Bauelementen (s. beispielsweise 5) ausgebildet sind. In dem zweiten Haltebereich 22 sind an dem ersten Teil 6a Abstützelemente 23, 24 für die Leiterplatte ausgebildet, an welchen die Leiterplatte abgestützt werden kann. In eine Aufnahme 25 des ersten Teils 6a bzw. in die erste Gehäuseschale 3 kann ein Bauelement aufgenommen werden, welches an der Leiterplatte angeordnet ist. Selbiges gilt auch für eine Aufnahme 26, die in dem zweiten Teil 6b des Entkopplungselements 6 ausgebildet ist.
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Wie aus 2 hervorgeht, stehen von dem Abstützelement 24, welches im axialen, hinteren Stirnbereich des ersten Teils 6a ausgebildet ist, eine Vielzahl von metallischen und somit elektrisch leitenden Anschlussbolzen 27 ab, über welche die Leiterplatte und die dort angeordneten Bauelemente mit dem Anschlussbereich 8 und hierdurch mit der elektronischen Steuereinrichtung elektrisch gekoppelt werden können.
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Wie aus den 5 bis 7 hervorgeht, wird bei der Montage des Ultraschallsensors 1 die nunmehr mit 28 bezeichnete Leiterplatte in die erste Gehäuseschale 3 so eingesetzt, dass sich die Leiterplatte 28 in axialer Richtung erstreckt. Die Leiterplatte 28 wird dabei an den oben genannten Abstützelementen 23, 24 abgestützt. In einem nachfolgenden oder aber einem vorherigen Schritt wird die Membran 5 mit ihrem Flansch 12 in die erste Hälfte der Nut 21 des ersten Teils 6a aufgenommen und dort gehalten. Nun kann das Piezoelement über die Leitungen 14, 15 an die Leiterplatte 28 angeschlossen werden. Anschließend kann die zweite Gehäuseschale 4 mit der ersten Gehäuseschale 3 verbunden werden, sodass die Membran 5 zwischen die Gehäuseschalen 3, 4 geklemmt wird. Es ergibt sich insgesamt eine formschlüssige und kraftschlüssige Befestigung der Membran 5 in dem Entkopplungselement 6, welches die Membran 5 bzw. den Flansch 12 radial von außen umgibt und die Membran 5 somit schwingungstechnisch von dem Sensorgehäuse 2 entkoppelt. Der Ultraschallsensor 1 ist im montierten Zustand in 7 dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028214 A1 [0004]
- DE 10125272 A1 [0005]
